Spritzgießen Konturnahe Kühlung reduziert Zykluszeit beim Spritzgießen

Werkzeugeinsätze auf Basis der Lasercusing-Technik ermöglichen konturnah mit etwa 2 bis 3 mm Distanz an die Oberfläche der Kavität zu kühlen. Langzeiterfahrungen sollen sowohl Effizienz als auch Verschleißfreiheit der Einsätze, selbst bei hohen Werkzeugbelastungen, festgestellt haben.

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Würth Industrie Service GmbH & Co. KG

conplement AG

Mikron Switzerland AG, Division Tool

Hofmann Innovation Group AG

Seit zehn Jahren setzt Miele bei seinen Spritzgießwerkzeugen, gerade auch was die Fertigung von Hochglanzteilen aus Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) angeht, auf die Lasercusing-Technik. Das Miele Kunststoffwerk in Warendorf hat über 70 seiner Werkzeuge mit Lasercusing-Einsätzen des Unternehmens Hofmann Werkzeugbau ausgestattet, die genau dort integriert werden, wo Materialanhäufungen in der Geometrie eine Zykluszeit negativ beeinflussen können.

Dabei kühlen konturnahe Kanäle mit etwa 2 bis 3 mm Distanz an die Oberfläche der Kavität. Die Kühlfunktion erfolgt mit einem speziellen Medium im geschlossenen Kreislauf bei etwa 15 °C. Sofern es sich um Hochglanzoberflächen aus ABS handelt, werden auf der Oberseite der Teile weitere Elemente eingesetzt, die auf die Kontur mit rund 50 °C einwirken. Die Temperierung an Problemstellen durch konturnah ausgelegte Kanäle kann dem Teil genau dort die Wärme entziehen, wo es nötig ist („thermische Differenzierung“).

Gezieltere, gleichmäßige Kühlung beim Spritzgießen

Abhängig von der Geometrie bietet Hofmann Einsätze mit Parallelkühlung oder Oberflächenkühlung an. Bei einer Parallelkühlung wird mehr Kühlmittel an die Kavität oder die Formteiloberfläche gebracht als bei einer einfachen konturnahen Kühlung mit einem langen Kühlkanal. Bei letzterem nimmt die Kühlleistung kontinuierlich mit der Strecke ab.

Bei der Parallelkühlung wird jede Kühlschleife mit frischem Kühlmedium versorgt, was eine gezieltere, dynamische und gleichmäßige Kühlung zur Folge hat. Der gewünschte Effekt wird dadurch gesteigert – im Sinne der Teilequalität und der Zykluszeitreduktion.

Spezielles Kühlmedium erhält Kühlleistung beim Spritzgießen über Jahre

Man könnte nun vermuten, dass sich das Material des Lasercusing-Einsatzes bei hohen Werkzeugbelastungen schneller abnutzt. Dies ist laut Dr. Jürgen Jahn, Miele-Werkleiter in Warendorf, allerdings nicht der Fall, da bei dem Metall-Laserschmelzprozess der Einsatz nahezu ideale Materialeigenschaften erhalte. Auch das Zusetzen der oft sehr dünnen Kanalquerschnitte sei, wie die Erfahrung zeige, nicht erkennbar.

Ein spezielles, korrosionsgeschütztes Kühlmedium – sogenanntes „geimpftes Wasser“ – zirkuliert dazu im geschlossenen System, sodass auch nach vielen Jahren die Kühlleistung erhalten bleibt. In rund sieben aktiven Jahren wurden bei Miele auf drei Werkzeugen insgesamt 6 Mio. Teile produziert. Bei üblicher Wartung und Prävention ist die Funktion der konturnahen Kühlung immer noch voll gewährleistet.

Daneben ergeben sich Vorteile durch Verzugsfreiheit, weniger Einfallstellen und damit auch tendenziell weniger Ausschuss. Dieser liegt bei den ABS-Hochglanzteilen nur noch bei 3 bis 4%. Die Zykluszeitreduktion soll, so heißt es, je nach Geometrie und Komplexität der flächigen 3D-Teile, zwischen 10 und 30% betragen.

Um die Temperiereffekte nachzuweisen, wendet Hofmann neben einer Strömungssimulation für komplexe Geometrien eine Testsimulation am fertigen Werkzeug an. Außerdem zeigt eine Funktionskontrolle mit Wärmebildern die Temperaturveränderung beim Durchfluss des kühlenden Mediums.

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